摩擦力引起跟腱变性及机制研究

The degeneration and rupture of Achilles tendon are common in orthopedics and sports medicine. The current prevention and treatment methods can not achieve satisfactory outcomes. Many clinical and basic studies have proved that the stress status of Achilles tendon is closely related to its degeneration. However, the exact mechanism remains unclear. In recent years, the biomechanical and biological studies show that there is friction between the collagen fibers inside Achilles tendon. We found that friction easily induces the wear of tendon surface as well as promotes the synthesis of superficial zone protein on the rubbing surface of tendon. Superficial zone protein inhibits the growth of tendon cells and the healing of tendon. Furthermore, we found a large amount of superficial zone protein in the pathological tissue of human Achilles tendon. These findings suggest that friction plays the important roles in the degeneration of Achilles tendon. We suppose that friction induces the degeneration of Achilles tendon in two ways: to wear Achilles tendon and to inhibit the healing of Achilles tendon injury with the synthesis of superficial zone protein. In order to verify the above new mechanism of Achilles tendon degeneration, this project is to investigate the distribution of friction inside the rat Achilles tendon, the relationship among the degeneration of rat Achilles tendon, friction and superficial zone protein, and the effects of friction on the structure and biology of tendon by using an ex vivo model. This project will deeply reveal the biomechanical mechanism of Achilles tendon degeneration, and provide the scientific basis for the prevention and treatment of Achilles tendon degeneration.

跟腱变性及其引起的跟腱断裂是骨科和运动医学领域常见疾病，目前预防和治疗方法无法取得满意效果。许多临床和基础研究证明跟腱受力状况与其变性密切相关，但确切的机制尚不清楚。近年生物力学和生物学研究揭示跟腱内部胶原蛋白纤维之间存在摩擦力，我们研究发现摩擦力容易造成肌腱表面磨损，同时特异性地促进肌腱摩擦表面合成超浅区蛋白，超浅区蛋白能够抑制肌腱细胞生长和肌腱愈合，此外，我们还发现人跟腱病理组织中有大量超浅区蛋白，这些研究结果提示摩擦力在跟腱变性中起着重要作用。我们推断摩擦力引起跟腱变性通过以下二个途径实现：磨损跟腱以及促进超浅区蛋白合成来抑制跟腱损伤愈合。为了验证上述跟腱变性新机制，本项目拟研究大鼠跟腱内部的摩擦力分布；研究大鼠跟腱变性、摩擦力和超浅区蛋白之间的关系；利用离体模型研究摩擦力对肌腱结构和生物学的作用。本项目将深入揭示跟腱变性的生物力学机理,为预防和治疗跟腱变性提供科学依据。

跟腱病是临床常见疾病，其临床症状是跟腱增粗、局部血管增生、跟腱疼痛，造成患者运动功能下降和运动耐受能力降低，严重时会发生跟腱断裂。目前尚无特别有效的治疗方案，所有的治疗方法旨在缓解局部疼痛，改善生活质量，延缓疾病的发展，难以让病变跟腱恢复为正常的跟腱，跟腱病的预防和治疗是运动医学中的难题。.跟腱变性是一类重要的跟腱病，变性部位位于跟腱多个部位，其中跟腱骨止点附近容易发生病变。力是造成肌腱变性的一个重要因素，跟腱受力状况非常复杂，在跟腱骨止点附近，跟腱不仅承受拉力外，还承受压力、摩擦力和剪切力，通常拉力被认为在跟腱变性中起到主要力学作用，有研究人员认为压力也起到重要作用，然而具体力学致病机理仍不清楚。鉴于申请人前期在肌腱摩擦力学方面的工作成果，推测摩擦力也参与跟腱变性，因此采用大鼠模型和肌腱培养模型，研究摩擦力引起跟腱变性及其机制，主要研究内容包括：1）研究摩擦对跟腱结构和生物学的作用；2）研究大鼠跟腱内部超浅区蛋白的分布； 3）研究大鼠跟腱变性病灶与跟腱内部超浅区蛋白分布的关系。.研究发现在与跟骨摩擦的跟腱表面远较跟腱其它表面光滑，表层有大量的滑蛋白，该处细胞核形态比跟腱其它部位偏圆，大鼠运动训练没有造成光滑表面明显磨损，也不常见到变性，然而在跟腱其它地方更常发生变性，正常排列的胶原纤维结构破坏、氨基聚糖含量增高和局部钙化，因此推断剪切力在跟腱变性中起到很重要作用，进而研究大鼠跟腱结构，发现大鼠跟腱具有类似于人跟腱的扭曲结构，跟腱扭曲可以分为轻、中、重三个程度。此外，也发现应力造成的肌腱微损伤可以通过触发内质网应激，激活ATF-4和SOX9，诱导肌腱干细胞向软骨细胞分化。本项目研究更深入地揭示了肌腱病的致病机理，有望为预防和治疗肌腱病提供指导。